Quelle est la différence entre une clepsydre et un sablier ?

« La clespydre, Roger ! La clepsydre !…Sors !… Sors, bordel ! »

Voilà qui sans nul doute évoquera de bons souvenirs aux fans de l’émission « Les clés de Fort Boyard ». Je crois d’ailleurs avoir découvert le mot « clepsydre » à cette occasion.

Alors la clepsydre est-elle un simple sablier avec de l’eau ? Eh bien non ! Il s’avère qu’il est beaucoup plus facile de mesurer le temps avec du sable qu’avec de l’eau, et pourtant la physique de l’écoulement du sable est affreusement complexe !

Comprendre comment coule le sable paraît futile, mais c’est en réalité un sujet d’importance capitale en géophysique et dans certains procédés industriels. La physique des "écoulements granulaires" est justement un domaine dans lequel plusieurs équipes françaises ont fait des avancées importantes ces dernières années.

Voyage au centre de la Terre

Connaissez-vous la structure de la Terre ? Pour ma part, je pensais avoir une idée raisonnable sur cette question, mais je me suis rendu compte en préparant ce billet que quelques unes de mes conceptions étaient totalement fausses !

J’ai aussi été frappé par le nombre de choses que l’on peut apprendre sur ce qu’il y a à l’intérieur de notre planète, alors que contrairement aux héros de Jules Verne, nous n’y avons jamais mis les pieds !

Alors croûte, manteau et noyau : voyons ce que l’on sait actuellement de la structure interne de notre bonne vieille Terre.

L’eau en poudre

Initialement, j’avais prévu de sortir ce billet la semaine dernière. Et puis je me suis dit que publier un billet sur l’eau en poudre le 1er avril, ça allait passer tout de suite pour une mauvaise blague.

Et pourtant c’est très sérieux ! Ce phénomène amusant est bien réel, et permet de fabriquer une poudre composée à 95% d’eau, comme celle représentée sur l’image ci-contre. Le principe de l’eau en poudre a été développé ces dernières années, et les applications potentielles existent dans de nombreux domaines. Alors arrêtez de rire, et lisez la suite !

L’expérience de la goutte de poix

 

La poix, c’est cette espèce de matière noire gluante et collante dérivée du pétrole (on parle alors de bitume) ou de la résine de certains types de bois. A première vue, la poix ressemble à un solide. Mais en réalité c’est un liquide visqueux … trèèèèès visqueux !

Cette propriété est mise en évidence par la célèbre expérience de la goutte de poix, connue comme l’une des plus longues expériences scientifiques de l’histoire.

L’origine des ronds de café

Que ce soit avec du café ou du vin, nous avons tous pu observer que quand une goutte de liquide sèche, elle finit par former une tache en forme d’anneau. C’est un phénomène commun mais plutôt contre-intuitif : pourquoi, au cours du séchage, le café se déposerait-il uniquement sur le pourtour de la goutte ?

Ce phénomène connu des physiciens sous le nom d’ « effet rond de café » est loin d’être une simple curiosité de petit déjeuner. En effet il embête bien les industries basées sur le séchage de gouttes de liquide, comme celle de l’impression par jet d’encre !

Heureusement des solutions existent…

L’effet "Noix du Brésil"

Puisque les fêtes approchent, penchons-nous sur un sujet festif : les gâteaux apéritifs ! Parmi ceux-ci, les mélanges de noix présentent un phénomène physique tout à fait intriguant : quand la boite a été bien secouée, les noix les plus grosses se retrouvent toutes à la surface du mélange.

Ce phénomène est appelé « effet Noix du Brésil », du nom des noix les plus grosses de ces mélanges. Et il n’en finit pas d’intriguer les physiciens, qui rivalisent d’explications, de simulations et d’expériences pour en comprendre la nature profonde.

Le nombre de Reynolds

Tous les liquides ne s’écoulent pas de la même manière. Si vous observez l’eau d’un fleuve, vous pouvez voir que son écoulement est en permanence le siège de multiples tourbillons. Au contraire, l’huile qui s’écoule hors d’une bouteille ne tourbillonne pas du tout.

Étonnamment, la frontière entre ces deux situations est assez mince, et on peut la percevoir au moyen d’une quantité appelée nombre de Reynolds. Comme nous allons le voir, la compréhension de la transition entre les deux comportements fait encore l’objet de recherches pointues [1].

Jésus et la Maïzena

Si vous aimez un peu la cuisine ou les patouilles, vous avez très certainement une notion intuitive de ce qu’est la viscosité d’un fluide. L’eau est plus visqueuse que l’air, le sirop de canne est plus visqueux que l’eau, le miel est plus visqueux que le sirop de canne, etc.

Mesurer la viscosité

Une manière de quantifier la viscosité d’un liquide, c’est d’essayer de le touiller à une certaine vitesse, et de regarder la résistance qu’il oppose. En pratique si on trace la résistance au touillage en fonction de la vitesse de touillage. on obtient des courbes de ce genre là :

Pour ces fluides simples, la résistance au touillage est proportionnelle à la vitesse de touillage et le coefficient de proportionnalité n’est autre que la viscosité.

Viscosité = Résistance / Vitesse

Quand la résistance est proportionnelle à la vitesse, la viscosité est constante, et les fluides sont appelés fluides newtoniens.